Алгоритм работы силовых ключей при формировании синусоидального выходного напряжения в инверторах с фиксацией нейтрали

Многоуровневые инверторы представляют собой устройства, преобразующие постоянный ток в переменный, за счет переключения между различными уровнями напряжения, образующими высокочастотные прямоугольные импульсы, форми- рующие на выходе кривую в виде синусоиды, которая с увеличением количества уровней преобразователя приближается к «классической» форме синусоиды переменного тока.

Рисунок 1 – Схема четырехуровневого преобразователя «с фиксацией нейтрали»

а

б

в

Рисунок 2 – Схема работы силовых ключей в четырехуровневом инверторе «с фиксацией нейтрали»

г

Последовательно соединенные конденсаторы образуют в таком случае несколько нейтральных точек. Напряжение на каждой точке пропорционально количеству конденсаторов на входе инверторного моста и рассчитывается по формуле

U c = U d/ n - 1 , В, где U d – напряжение на входе инверторного моста, В;

n – количество уровней преобразователя.

Для представленной на рисунке 1 схемы входное напряжение будет равно U d /3.

Сформированное таким образом напряжение в соответствии со схемой (рисунок 1), поступает на инверторный мост, состоящий из четырех разделительных диодов VD1-VD4, последовательно соединенных между собой, и далее через средние точки диодов, а также входы и выходы диодного звена на средние точки последовательно соединенных транзисторных ключей верхнего VT a1 –VT a3 и нижнего VT a1’ –VT a3’ плеча, подобным образом напряжение распределяется также для фазы B и С.

При соответствующем управлении четырехуровневый инвертор формирует напряжения Ud, 2/3Ud, Ud/3, 0, которые образуются в результате алгоритма работы следующих схем силовых ключей четы- рехуровневого инвертора «с фиксацией нейтрали» (рисунок 2) [1, 2].

На рисунке 2 а представлена схема включения силовых транзисторов, при которой на выходе инвертора формируется напряжение, равное напряжению U d , подаваемому на его вход, а на рисунке 2 б – схема, при которой на выходе формируется напряжение, равное 0. Эти состояния являются основными, а на рисунке 2 в и 2 г – дополнительными, при которых на выходе формируются напряжения 1/3 U d , и 2/3 U d – их значения характерны для рассматриваемого четырехуровневого инвертора [3].

Указанные выше значения напряжений на выходе четырехуровневого инвертора для одной из фаз могут быть получены при следующей последовательности работы силовых ключей верхних и нижних плечей устройства (таблица 1).

Таблица 1 – Алгоритм работы ключей для одной из фаз четырехуровневого инвертора

Выходное напряжение для фазы А, U а	Состояние ключей
	VT a1	VT a2	VT a3	VT a’1	VT a’2	VT a’3
U d	1	1	1	0	0	0
2/3 U d	0	1	1	1	0	0
U d /3	0	0	1	1	1	0
0	0	0	0	1	1	1

В результате работы инвертора по ал-   устройства формируется следующая кри- горитму, описанному выше, на выходе вая выходного напряжения (рисунок 3).

Рисунок 3 – Кривая выходного напряжения четырехуровневого инвертора

На основании вышеизложенного материала следует, что полученные параметры напряжения на выходе четырехуровневого инвертора удовлетворяют всем предъявляемым большинством потребителей требованиям к качеству электроэнергии. Применение дополнительного блока фильтрации позволит получить на выходе электроэнергию, соответствующую по качеству любым потребителям, что даст возможность широкого внедрения данного устройства.